華北電力大學-電力電子技術原理03

第三章工頻相控交－直換流器電力電子技術原理與應用2/5/20231二極管整流器與晶閘管換流器第三章工頻相控交－直換流器二極管整流器－電容器單元晶閘管相控整流器晶閘管相控逆變器（有源逆變）晶閘管無源逆變器（負載換相或強制換相）晶閘管交－交換流器（周波變換器）2/5/20232基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器純電阻負載：電路2/5/20233第三章工頻相控交－直換流器基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器純電阻負載：波形2/5/20234基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器阻感負載：電路2/5/20235基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器阻感負載：波形2/5/20236電感反電勢負載：電路基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器2/5/20237電感反電勢負載：波形基本原理：單相半波不控整流第三章工頻相控交－直換流器2/5/20238單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載（極常用的電路）第三章工頻相控交－直換流器2/5/20239單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載，加平波電抗第三章工頻相控交－直換流器2/5/202310單相橋式全波不控整流器：電壓、電流波形第三章工頻相控交－直換流器2/5/202311單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載：等值電路（電流間斷時適用）第三章工頻相控交－直換流器2/5/202312單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載：波形第三章工頻相控交－直換流器2/5/202313單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載：輸出伏－安特性（非線性）第三章工頻相控交－直換流器2/5/202314單相橋式全波不控整流器大電容濾波負載：交流輸入電流波形（含豐富諧波）第三章工頻相控交－直換流器2/5/202315單相橋式全波不控整流器交流電流分析：功率因數第三章工頻相控交－直換流器2/5/202316單相橋式全波不控整流器交流電流分析：Ls

對輸入電流波形的影響第三章工頻相控交－直換流器2/5/202317單相橋式全波不控整流器交流電流分析：Ls對輸入電流波形的影響第三章工頻相控交－直換流器2/5/202318三相橋式不控整流器：電路第三章工頻相控交－直換流器2/5/202319三相橋式不控整流器：直流輸出波形第三章工頻相控交－直換流器2/5/202320三相橋式不控整流器等值電路第三章工頻相控交－直換流器2/5/202321三相橋式不控整流器第三章工頻相控交－直換流器電流間斷電流連續(xù)等值電路2/5/202322三相橋式不控整流器直流側電流：連續(xù)與間斷第三章工頻相控交－直換流器2/5/202323三相橋式不控整流器第三章工頻相控交－直換流器Ld

與功率因數2/5/202324單相半波可控整流器第三章工頻相控交－直換流器純電阻負載：波形2/5/202325單相半波可控整流第三章工頻相控交－直換流器阻感負載：波形2/5/202326三相橋式可控整流三相橋式可控整流器：電路圖第三章工頻相控交－直換流器2/5/202327第三章工頻相控交－直換流器三相橋式換流器的優(yōu)點

晶閘管承受的電壓峰值較低換流變壓器容量較小換流變壓器接線較簡單晶閘管的伏安容量較小直流電壓紋波較小基本的換流器單元晶閘管的利用率高變壓器的利用率高2/5/202328第三章工頻相控交－直換流器晶閘管導通條件

正向偏置合適的觸發(fā)信號某一時刻兩條件必須同時滿足，與順序無關2/5/202329第三章工頻相控交－直換流器晶閘管關斷條件

通過的電流小于某一值偏置電壓為零或為負值并保持一段時間晶閘管可靠關斷后即使重新加正向偏置電壓也不會導通，除非再加觸發(fā)脈沖2/5/202330第三章工頻相控交－直換流器三相橋式換流器中重要的量交流側相電壓：vA、vB、vC

晶閘管電壓：vT1~vT6

vd

=

vP

-vN：直流側電壓

Vd

：換流器直流輸出電壓晶閘管電流：i1~i6

交流側電流：iA、iB、iC橋交流端對“n”點電位“P”、“N”點之間的電位差T1~T6陽極－陰極之間電壓vd的平均值2/5/202331第三章工頻相控交－直換流器交流側電源線電壓過零點vAC過零點vBA過零點vCB過零點vBA過零點vCB過零點計時起點vAC過零點2/5/202332第三章工頻相控交－直換流器三相橋式換流器中晶閘管的觸發(fā)觸發(fā)T1前導通2/5/202333第三章工頻相控交－直換流器觸發(fā)滯后角aP1P32/5/202334第三章工頻相控交－直換流器觸發(fā)滯后角與開通滯后角a

理想情況下，a1~a6相等，記為a

觸發(fā)滯后角：觸發(fā)脈沖時刻P

與C

間的電角度

開通滯后角：晶閘管開通時刻T

與C

間的電角度正常運行情況下：

開通滯后角＝觸發(fā)滯后角2/5/202335第三章工頻相控交－直換流器三相可控整流器的直流電壓（a變化，u=0）2/5/202336第三章工頻相控交－直換流器三相可控整流器的直流電壓（a=0，u=0）無相控理想空載直流電壓2/5/202337第三章工頻相控交－直換流器三相可控整流器的直流電壓（a>0，u=0）有相控理想空載直流電壓2/5/202338第三章工頻相控交－直換流器三相可控整流器換相過程換相前換相中換相后2/5/202339第三章工頻相控交－直換流器三相可控整流器換相過程（局部電路）換相前換相中換相后2/5/202340換相中第三章工頻相控交－直換流器iAiC整流器換相過程（T5T1）2/5/202341第三章工頻相控交－直換流器整流器換相過程（T5T1）短路電流直流分量短路電流強制分量兩相短路電壓換相開始換相結束2/5/202342第三章工頻相控交－直換流器

iu

：換相電流（兩相短路電流）

vAC

：換相電壓（兩相短路電壓）

Xs：換相電抗換相期間三晶閘管導通；非換相期間兩晶閘管導通換相過程：六個電子開關輪流工作2－3工況2/5/202343第三章工頻相控交－直換流器換相重疊角u

換相過程所經歷的電角度

2-3工況下小于602/5/202344第三章工頻相控交－直換流器換相重疊角u其它參數不變的情況下：

Id、VLL、Xs、au2/5/202345第三章工頻相控交－直換流器換相重疊角u（a變化時）2/5/202346第三章工頻相控交－直換流器換相角對直流輸出電壓的影響Au2/5/202347第三章工頻相控交－直換流器整流器的換相壓降（a>0，g>0）等值換相電阻2/5/202348第三章工頻相控交－直換流器整流器的直流電壓（a>0，u>0）等值換相電阻有相控帶負載直流電壓2/5/202349第三章工頻相控交－直換流器整流器的等值電路無相控理想空載電壓有相控理想空載電壓有相控帶載輸出電壓等值換相電阻2/5/202350第三章工頻相控交－直換流器整流器的直流電壓（a變化，u>0）2/5/202351第三章工頻相控交－直換流器間斷電流的影響2/5/202352第三章工頻相控交－直換流器有源逆變工作方式2/5/202353第三章工頻相控交－直換流器有源逆變器電壓波形（a>90°）2/5/202354第三章工頻相控交－直換流器有源逆變器直流輸出電壓波形（a>90°）2/5/202355第三章工頻相控交－直換流器相控換流器直流輸出電壓波形（整流逆變）2/5/202356第三章工頻相控交－直換流器逆變器的觸發(fā)越前角b與關斷越前角gb：晶閘管的觸發(fā)時刻越前于相應的線電壓過零點的電角度，b

＝

180°-ag：晶閘管關斷時刻到相應的線電壓過零點的電角度，又稱為熄弧角2/5/202357第三章工頻相控交－直換流器逆變器的直流輸出電壓（反電壓）2/5/202358第三章工頻相控交－直換流器逆變器的直流電壓（a>90，u>0）

將逆變器電壓波形旋轉180

ga

，uu

得到Vd

的負值2/5/202359第三章工頻相控交－直換流器逆變器換相過程（T5T1）iA2/5/202360第三章工頻相控交－直換流器晶閘管電壓波形（逆變器：T1）2/5/202361第三章工頻相控交－直換流器逆變器的關斷越前角與換相失敗

g

不夠大有可能導致?lián)Q相失敗為保證逆變器正常運行，應使得g>gmin

gmin15（50Hz系統(tǒng)）2/5/202362第三章工頻相控交－直換流器逆變器安全工作條件（保證不發(fā)生換相失敗）2/5/202363第三章工頻相控交－直換流器相控換流器交流側波形及功率因數（u=0）2/5/202364第三章工頻相控交－直換流器相控換流器交流側波形及功率因數